KR101386756B1 - Load compensating device in railway vehicles - Google Patents
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Abstract
철도차량의 응하중 장치가 개시된다. 본 발명의 장치는, 차량하중에 따른 공기스프링 압력을 검출하는 압력센서와, 복수의 차량에 대한 각각의 추정 차량하중을 출력하는 추정부와, 상기 압력센서의 고장을 검지하여, 차량하중을 출력하는 검지부를 포함한다.A load application device for a railway vehicle is disclosed. The apparatus of the present invention includes a pressure sensor for detecting an air spring pressure according to a vehicle load, an estimator for outputting respective estimated vehicle loads for a plurality of vehicles, a failure of the pressure sensor, and outputting a vehicle load. It includes a detection unit.
Description
본 발명은 응하중 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도차량에서 이용되는 응하중 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
승객을 운송하는 철도차량에서는 승객의 승하차에 따라 각 개별 차량의 무게가 변동하며, 화물의 운송하는 화물차량에서는 화물의 양에 따라 차량의 무게가 변동한다. 일반적으로 철도차량에는 이러한 하중변화에 따라 각 개별 차량의 무게를 감지하는 응하중 장치가 구비되어 있다.In a railroad vehicle carrying passengers, the weight of each individual vehicle varies according to the passengers getting on and off, and in a freight vehicle carrying cargo, the weight of the vehicle varies according to the amount of cargo. In general, railway vehicles are equipped with a load device for detecting the weight of each individual vehicle according to the load change.
응하중 장치는, 공기스프링과 공기스프링의 압력을 측정하는 압력센서를 구비하여, 하중의 변화에 따라 변화되는 공기스프링의 압력을 감지하여 하중의 변화를 감지한다. 이러한 응하중 장치는 제동장치와 연결되어 상용제동 및 비상제동을 수행하는데 있어 하나의 요소로 작용한다. 즉, 승객의 하중에 따라 응하중 장치의 공기스프링이 압력을 감지하고, 감지된 공기압력을 이용하여 승객의 하중에 관계없이 일정한 감속도를 갖도록 상용 제동장치의 소요 제동력을 계산하는데 이용되거나, 또는 비상 제동장치와 연결하여 응하중 밸브를 동작하기도 한다.The load device is provided with a pressure sensor for measuring the pressure of the air spring and the air spring, and detects the change of the load by sensing the pressure of the air spring that changes according to the change of the load. The load device acts as a factor in performing commercial braking and emergency braking in connection with the braking system. That is, the air spring of the load device senses the pressure according to the load of the passenger, and is used to calculate the required braking force of the commercial brake system to have a constant deceleration regardless of the load of the passenger using the sensed air pressure, or The load valve may also be operated in conjunction with the emergency braking system.
도 1은 종래의 응하중 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a conventional load carrying apparatus.
도면에 도시된 바와 같이, 승객의 승하차에 따라 차량의 하중이 변화하면, 압력센서(110)가 공기스프링의 압력을 측정하여 변화된 차량의 하중을 측정한다. 차량 하중의 변화에 따른 압력을 압력센서(110)를 통해서 받으면, 응하중 변환부(120)는 이를 공차한계 및 만차한계와 비교한다.As shown in the figure, when the load of the vehicle changes according to the getting on and off of the passenger, the
공기스프링 압력이 공차한계와 만차한계 사이에 있으면, 이를 그대로 제동 작용장치로 제공하여, 상용 제동장치의 소요제동력을 계산하는데 이용하도록 하거나, 또는 비상 제동장치의 비상제동력을 구현하는데 이용하도록 한다.If the air spring pressure is between the tolerance limit and the full limit, it is provided as a braking action device to be used to calculate the required braking force of the commercial braking device or to implement the emergency braking force of the emergency braking device.
위와 같은 종래의 응하중 장치(100)에서는, 압력센서(110)의 고장을 대비하여, 공차보증과 만차보증을 수행한다. 예를 들어, 검출된 공기스프링 압력이 공차시 공기스프링 압력의 90% 이하인 경우 공차의 90% 압력으로 출력하며, 공기스프링 압력이 만차시 공기스프링 압력의 120% 이상인 경우 만차의 120% 압력으로 출력한다. 이와 같이, 종래의 응하중 장치(100)는, 압력센서(110)의 고장시 공차한계나 만차한계등 한계값을 보장한다.In the conventional load-bearing
그러나, 이와 같은 방식은 응하중 장치에서의 고장이나 압력센서값 측정시 바이어스 오차(bias error)가 존재하는 경우에는, 제동장치에서 소요제동력을 계산할 때 실제 차량의 중량을 반영할 수 없기 때문에 각 차량에 동일한 감속도가 반영되지 않아, 적절한 소요제동력을 반영할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 부드러운 제동이 어렵거나, 또는 필요제동력을 얻지 못하여 제동거리가 길어지는 문제점이 있다.
However, this type of vehicle is not able to reflect the actual weight of the vehicle when calculating the required braking force in the case of a failure in the load device or a bias error when measuring the pressure sensor value. Since the same deceleration is not reflected, there is a problem that can not reflect the required braking force. Accordingly, there is a problem in that a smooth braking is difficult or a braking distance is long because a necessary braking force is not obtained.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 철도차량의 응하중 장치의 고장을 검지하여 하중의 변화에 따라 적절한 소요제동력을 얻도록 하는 철도차량 응하중 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a railway vehicle load device to detect the failure of the load device of the railway vehicle to obtain the required braking force according to the change of the load.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 응하중 장치의 고장시에도 적절한 응하중 값을 철도차량장치에 공급하도록 하는 철도차량 응하중 장치를 제공하는 것이다.
In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a railway vehicle load device to supply the appropriate load value to the railway vehicle device even when the load device failure.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 복수의 차량을 포함하는 철도차량의 응하중 장치는, 차량하중에 따른 공기스프링 압력을 검출하는 압력센서; 상기 철도차량의 속도, 상기 복수의 차량 각각의 가속도 및 상기 복수의 차량 각각의 추진력을 수신하여, 복수의 차량에 대한 각각의 차량하중을 추정하여 추정 차량하중을 출력하는 제1추정부; 상기 공기스프링 압력과 상기 추정 차량하중을 수신하여, 상기 압력센서의 고장에 의한 응하중 장치의 고장을 검지하여, 차량하중을 출력하는 검지부; 및 상기 검지부로부터 수신한 차량하중을 응하중 신호로 변환하는 제1변환부를 포함한다.In order to solve the above technical problem, the load device of a railway vehicle including a plurality of vehicles of the present invention, the pressure sensor for detecting the air spring pressure according to the vehicle load; A first estimating unit configured to receive the speed of the railway vehicle, the acceleration of each of the plurality of vehicles, and the driving force of each of the plurality of vehicles, estimate each vehicle load for the plurality of vehicles, and output an estimated vehicle load; A detection unit for receiving the air spring pressure and the estimated vehicle load, detecting a failure of the load device caused by the failure of the pressure sensor, and outputting a vehicle load; And a first converter converting the vehicle load received from the detector into a load signal.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1추정부는, 상기 철도차량의 속도, 상기 복수의 차량 각각의 가속도 및 상기 복수의 차량 각각의 추진력을 수신하여, 상기 철도차량을 동역학적으로 모델링하는 모델링부; 및 상기 모델링부가 모델링한 동역학적 모델링을 이용하여 상기 복수의 차량의 차량하중을 추정하는 제2추정부를 포함하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the first estimation unit, the modeling unit for receiving the speed of the railway vehicle, the acceleration of each of the plurality of vehicles and the driving force of each of the plurality of vehicles, to model the railway vehicle dynamically ; And a second estimating unit estimating vehicle loads of the plurality of vehicles using dynamic modeling modeled by the modeling unit.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는, 상기 복수의 차량의 질량과 각 차량의 가속도의 곱의 합이, 각 차량의 추진력에서 각 차량의 구배저항, 각 차량의 주행저항 및 각 차량의 곡선저항을 감한 것이 되도록 모델링하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the modeling unit, the sum of the product of the mass of the plurality of vehicles and the acceleration of each vehicle, the gradient resistance of each vehicle, the running resistance of each vehicle and the curve of each vehicle in the driving force of each vehicle It is preferable to model so that resistance may be subtracted.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는, 상기 철도차량이 직진구간을 주행하는 것으로 상기 철도차량을 모델링하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the modeling unit, it is preferable that the railway vehicle models the railway vehicle by driving a straight section.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는, 상기 주행저항의 마찰저항계수 및 공기저항계수를 상수로 하여 모델링하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, it is preferable that the modeling unit models the frictional resistance coefficient and the air resistance coefficient of the running resistance as constants.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는, 상기 복수의 차량이 동일한 선로구배를 가지는 것으로 모델링하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the modeling unit, it is preferable that the plurality of vehicles are modeled as having the same line gradient.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는 상기 동역학적 모델링을 회기형식으로 정리하고, 상기 추정부는 상기 모델링부가 회기형식으로 정리한 모델로부터, 최소자승법을 이용하여 상기 복수의 차량의 차량하중을 추정하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the modeling unit summarizes the dynamic modeling in a session form, and the estimating unit estimates the vehicle loads of the plurality of vehicles using a least square method from a model organized by the modeling unit in a session form. It is desirable to.
본 발명의 일실시예에서, 상기 모델링부는 상기 동역학적 모델링을 회기형식으로 정리하고, 상기 추정부는 상기 모델링부가 회기형식으로 정리한 모델로부터, 외란을 추정하고 이를 보상하는 최소자승법을 이용하여 상기 복수의 차량의 차량하중을 추정하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the modeling unit organizes the dynamic modeling in a regression form, and the estimating unit uses the least square method of estimating disturbance and compensating it from a model organized by the remodeling form. It is desirable to estimate the vehicle load of the vehicle.
본 발명의 일실시예에서, 상기 검지부는, 상기 공기스프링 압력을 측정하여 이를 차량하중(측정 차량하중)으로 변환하는 제2변환부; 상기 측정 차량하중과 상기 추정 차량하중으로부터, 상기 압력센서/응하중 장치의 고장을 판단하기 위한 레지듀얼을 생성하는 생성부; 상기 레지듀얼이 소정값 이하인 경우, 상기 압력센서/응하중 장치의 고장을 결정하는 결정부; 상기 결정부의 결정에 의해, 상기 측정 차량하중과 상기 추정 차량하중 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부; 및 상기 선택부가 선택한 차량하중을 압력신호로 변환하여 출력하는 제3변환부를 포함하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the detection unit, the second conversion unit for measuring the air spring pressure and converting it into a vehicle load (measured vehicle load); A generation unit for generating a residual for determining a failure of the pressure sensor / loading device from the measured vehicle load and the estimated vehicle load; A determination unit for determining a failure of the pressure sensor / loading device when the residual is less than or equal to a predetermined value; A selection unit for selecting and outputting any one of the measured vehicle load and the estimated vehicle load by the determination unit; And a third converting unit converting the vehicle load selected by the selecting unit into a pressure signal and outputting the converted pressure signal.
본 발명의 일실시예에서, 상기 생성부가 생성하는 레지듀얼은, 상기 압력센서의 센서고장신호에 대한 절대치이며, 측정 차량하중과 추정 차량하중의 함수로 정의되는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the residual generated by the generator is an absolute value of the sensor failure signal of the pressure sensor, it is preferably defined as a function of the measured vehicle load and the estimated vehicle load.
본 발명의 일실시예에서, 상기 선택부는, 상기 결정부가 상기 압력센서/응하중 장치의 고장을 결정한 경우에는, 상기 추정 차량하중을 선택하여 출력하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, when the determination unit determines the failure of the pressure sensor / load device, it is preferable to select and output the estimated vehicle load.
본 발명의 일실시예에서, 상기 선택부는, 상기 결정부가 상기 압력센서/응하중 장치가 정상으로 결정한 경우에는, 상기 측정 차량하중을 선택하여 출력하는 것이 바람직하다.
In one embodiment of the invention, the selection unit, when the determination unit is determined that the pressure sensor / load device is normal, it is preferable to select and output the measurement vehicle load.
상기와 같은 본 발명은, 각 차량에 장착되어 있는 응하중 장치의 고장을 검지할 수 있으므로, 상용 제동장치에서의 소요제동력 계산시 응하중 장치의 고장으로 인해 야기될 수 있는 오류를 방지하여, 소요제동력의 과다 혹은 부족현상을 사전에 방지하도록 하는 효과가 있다.The present invention as described above, because it can detect the failure of the load device mounted on each vehicle, to prevent the error that may be caused by the failure of the load device when calculating the required braking force in the commercial braking device, It is effective to prevent excessive or insufficient braking force in advance.
또한, 본 발명은 각 차량에 장착되는 응하중 장치의 고장을 보다 정교하게 실시간으로 검지할 수 있으므로, 응하중 장치가 완전히 고장나기 이전에 또는 압력센서를 이용한 압력측정시 발생할 수 있는 바이어스 오차에 의한 응하중 장치의 이상현상을 미리 감지하도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can detect the failure of the load device mounted on each vehicle more precisely in real time, so that the bias error may occur before the load device breaks completely or when pressure measurement is performed using a pressure sensor. There is an effect to detect the abnormal phenomenon of the load device in advance.
또한, 본 발명은 응하중 장치의 고장시, 만차한계 또는 공차한계를 출력하는 대신 추정된 차량하중을 출력하게 하여, 차량장치가 적합한 제동력을 생성할 수 있도록 함으로써, 적절한 제동력이 공급될 수 있어, 승객이 느끼는 승차감을 개선하도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention allows the vehicle device to generate a suitable braking force by outputting the estimated vehicle load instead of outputting the full load limit or tolerance limit in case of failure of the load device, so that an appropriate braking force can be supplied, There is an effect to improve the ride feeling that the passenger feels.
도 1은 종래의 응하중 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량의 응하중 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3은 도 2의 고장검지부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4는 도 2의 차량하중 추정부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 5는 도 4의 모델링부가 모델링하는 다차량 열차의 일예시도이다.
도 6은 도 4의 추정부의 일실시예 상세 구성도이다.1 is a configuration diagram of a conventional load carrying apparatus.
Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of the load device of the railway vehicle according to the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the failure detection unit of FIG. 2.
4 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the vehicle load estimating unit of FIG. 2.
FIG. 5 is an exemplary view of a multi-vehicle train modeled by the modeling unit of FIG. 4.
6 is a detailed block diagram of an embodiment of the estimator of FIG. 4.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by such terms. These terms are used only to distinguish one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may be present in between . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, or a combination thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량의 응하중 장치의 일실시예 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of the load device of the railway vehicle according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량의 응하중 장치는, 압력센서(10), 차량하중 추정부(20), 고장검지부(30) 및 응하중 변환부(40)를 포함한다.As shown in the figure, the load device of the railway vehicle according to the present invention includes a
압력센서(10)는 차량하중에 따른 공기스프링의 압력을 검출한다.The
차량하중 추정부(20)는 차량에 장착된 센서(도시되지 않음)로부터, 차량의 속도, 가속도 및 추진력을 수신하여, 이를 이용하여 현재 탑승하고 있는 승객 또는 탑재되어 있는 화물의 무게를 포함하는 각 개별 차량의 하중을 추정한다. 본 발명의 차량하중 추정부(20)는 차량의 하중을 추정하기 위해 차량의 동역학적 모델을 이용하는데, 이에 대해서는 추후 설명하기로 한다.The vehicle
고장검지부(30)는 압력센서(10)로부터 차량의 하중에 따라 변화되는 공기스프링의 압력을 수신하고, 차량하중 추정부(20)로부터 추정 차량하중을 수신하여, 이를 비교함으로써 압력센서(10) 및 응하중 장치의 판단한다. 또한, 고장검지부(30)는 고장을 판단한 경우에는 차량하중 추정부(20)에서 추정한 차량하중을 응하중 변환부(40)로 제공한다.The
응하중 변환부(40)는 전기신호인 응하중 신호를 공차한계 및 만차한계와 비교하여 그 사이의 값을 제동 작용장치(도시되지 않음)로 전달한다.
The
이하에서는, 각각의 구성요소를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, each component will be described in detail.
도 3은 도 2의 고장검지부의 일실시예 상세 구성도이다.3 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the failure detection unit of FIG. 2.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 응하중 장치의 고장검지부(30)는, 압력-하중 변환부(31), 레지듀얼(residual) 생성부(32), 고장결정부(33), 응하중 선택부(34) 및 하중-압력 변환부(35)를 포함한다.As shown in the figure, the
압력-하중 변환부(31)는 압력센서(10)가 측정한 공기스프링의 압력을 해당 하중으로 변환한다. 즉, 압력-하중 변환부(31)는 측정된 차량하중(이하, '측정 차량하중'이라 함)을 출력한다.The pressure-
레지듀얼 생성부(32)는 위 측정 차량하중과 추정 차량하중을 수신하여, 이를 비교하고, 그 차이를 바탕으로 고장여부를 판단하기 위한 레지듀얼을 생성한다. The
고장결정부(33)는 레지듀얼을 수신하여 압력센서(10)의 고장여부를 결정한다.The
응하중 선택부(34)는 고장결정부(33)의 결정에 따라 추정 차량하중과 측정 차량하중 중 어느 하나를 선택한다. 즉, 고장결정부(33)가 압력센서(10) 또는 응하중 장치가 고장난 것을 결정하여, 이를 응하중 선택부(34)에 알리면, 응하중 선택부(34)는 추정 차량하중을 선택한다. 또한, 고장결정부(33)가 압력센서(10) 또는 응하중 장치가 고장나지 않았다고 결정하여 이를 응하중 선택부에 알리면, 응하중 선택부(34)는 측정 차량하중을 선택할 수 있다.The
하중-압력 변환부(35)는 선택된 차량하중을 압력에 상당하는 전류신호로 변환하여 제동장치 등에 전송한다.
The load-
도 4는 도 2의 차량하중 추정부의 일실시예 상세 구성도이다.4 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the vehicle load estimating unit of FIG. 2.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 응하중 장치의 차량하중 추정부(20)는 모델링부(21), 추정부(22) 및 저장부(23)를 포함한다.As shown in the figure, the vehicle
모델링부(21)는 다차량 열차를 모델링한다. 도 5는 도 4의 모델링부가 모델링하는 다차량 열차의 일예시도이다. 도면에서, mn은 n번째 차량(50-n)의 질량, an은 n번째 차량(50-n)의 가속도, vn은 n번째 차량(50-n)의 속도, Ft (n)은 n번째 차량(50-n)의 추진력(traction or braking force), Fr(n)은 n번째 차량(50-n)의 주행저항(running resistance), Fg(n)은 n번째 차량(50-n)의 구배저항(gradient resistance) 및 Fc (n)은 n번째 차량(50-n)의 곡선저항(curving resistance)이다. 또한, kn -1은 n번째 차량(50-n)과 n-1번째 차량(50-(n-1)) 사이의 커플러(51-(n-1))의 스프링계수이고, cn -1은 n번째 차량(50-n)과 n-1번째 차량(50-(n-1)) 사이의 커플러(51-(n-1)의 댐핑계수이다.The
다차량 열차의 동역학적 모델식은 처음 차량(50-1)에 대하여 수학식1과 같이, i번째 차량(50-i)에 대하여 수학식2와 같이, 마지막 차량(50-n)에 대하여 수학식3과 같이 모델링할 수 있다.The dynamic model of the multi-vehicle train is represented by
도 5에 도시된 바와 같이, 각 차량(50)은 커플러(51)로 연결되며, 각 커플러(51-1~51-(n-1))는 질량이 없는 스프링 댐퍼 시스템으로 모델링할 수 있다.As shown in FIG. 5, each
또한, 모델링부(21)는 주행저항 및 구배저항을 다음과 같이 모델링할 수 있다.In addition, the
이때, 및 는 i번째 차량에서 마찰에 의한 저항과 관계되는 상수이고, 는 i번째 차량에서 공기저항과 관계되는 상수로서, 실험에 의해 구할 수 있다. 는 i번째 차량에서 각 차량이 위치하는 선로구배(경사각)이다.
At this time, And Is a constant related to the resistance to friction in the i vehicle, Is the constant related to the air resistance in the i-th vehicle and can be obtained by experiment. Is the track slope (inclined angle) at which each vehicle is located in the i th vehicle.
각 차량의 질량 및 선로구배를 추정하기 위하여, 본 발명의 차량하중 추정부(20)는 다음의 몇가지 조건을 가정한다.In order to estimate the mass and track gradient of each vehicle, the
첫째, 추정부(22)의 추정은 차량이 역에서 출발한 후 초기가속구간에서 실행한다. 일반적으로 열차의 질량은 역에 도착하기 전과 역을 출발한 후에만 질량변화가 발생하므로, 역을 출발하고 나서 초기가속구간에서 차량의 질량을 추정하는 것이 합리적이다. First, estimation of the
둘째, 차량이 직진구간을 주행하는 동안에 질량 및 선로구배를 추정한다. 즉, 차량의 횡가속도가 아주 작은 구간에서만 추정을 수행한다. 이러한 직진구간에서는 차량의 커브저항을 무시할 수 있어서 차량의 동역학 모델이 더 간단해 질 수 있으며, 선로의 곡률에 관한 데이터베이스를 저장하지 않아도 되는 장점이 있다.Second, the mass and track slope are estimated while the vehicle travels straight ahead. That is, the estimation is performed only in a section in which the lateral acceleration of the vehicle is very small. In this straight section, the curve resistance of the vehicle can be neglected, which makes the vehicle dynamics model simpler and has the advantage of not having to store a database of the curvature of the track.
셋째, 차량의 주행저항과 관련된 마찰저항계수( 및 ) 및 공기저항계수()는 실험에 의해 결정되는 것으로서, 크게 변하지 않으므로, 상수로 가정한다.Third, the frictional resistance coefficient related to the running resistance of the vehicle ( And ) And air resistance coefficient ( ) Is determined by an experiment and does not change significantly, so it is assumed to be a constant.
넷째, 각 차량은 동일한 선로구배를 가지는 선로 위를 주행한다고 가정한다. 즉, 각각의 차량은 동일한 구배를 가지는 선로 위를 달리는 것으로 가정한다. 선로의 구배는 일정 구간에서는 크게 변하는 것이 아니기 때문에 이러한 가정을 세우는 것이 합리적이다.Fourth, it is assumed that each vehicle travels on a track having the same track slope. That is, it is assumed that each vehicle runs on a track having the same gradient. It is reasonable to make this assumption because the slope of the track does not change significantly over time.
다섯째, 각 차량의 속도는 실질적으로 동일하다고 가정한다. 즉, 열차의 선두부에 장착되는 속도계(도시되지 않음)에 의해 측정되는 값을 각 차량의 속도로 한다. 각 차량(50)이 커플러(51)로 연결되어 있어서, 각 차량의 속도는 거의 같기 때문이다.
Fifth, it is assumed that the speed of each vehicle is substantially the same. That is, the value measured by the speedometer (not shown) attached to the head of a train is made into the speed of each vehicle. This is because each
위와 같은 가정을 바탕으로, 수학식1 내지 수학식3을 더하면 스프링계수와 관련된 항과 댐핑계수와 관련된 항이 모두 제거되고, 위에서 제시한 가정을 반영하여 수학식4 및 수학식5를 결합하면 다음의 수학식6과 같이 표현할 수 있다.Based on the above assumptions, adding equations (1) to (3) removes all terms related to the spring coefficient and terms related to damping coefficient, and combining equations (4) and (5) to reflect the assumptions given above It can be expressed as Equation 6.
위 수학식6에서, v는 열차의 선두부에 장착되는 속도계(도시되지 않음)로부터 수신하는 전체 열차의 속도이고, θ는 열차가 위치하는 선로구배(경사각)이다.In Equation 6 above, v is the speed of the entire train received from a speedometer (not shown) mounted at the head of the train, and θ is the line gradient (inclined angle) at which the train is located.
모델링부(21)는, 각 차량의 질량 및 선로구배를 추정하기 위하여, 수학식6을 수학식7와 같이 회기형식(regression form)으로 정리한다.The
여기서, Y, Φ 및 Θ는 다음 수학식8 내지 수학식10과 같이 정의된다.Here, Y, Φ and Θ are defined as in Equations 8 to 10 below.
추진력은 열차의 추진장치(도시되지 않음)로부터, 각 차량의 가속도는 각 차량에 제공되는 가속도계(도시되지 않음)로부터, 차량의 속도는 열차의 선두부에 제공되는 속도계(도시되지 않음)로부터 수신하며, 따라서, 이를 이용하면, 수학식7에서는 각 차량의 질량과 선로구배만이 미지의 정보가 된다.Propulsion is received from the propulsion system of the train (not shown), the acceleration of each vehicle is received from the accelerometer (not shown) provided to each vehicle, and the speed of the vehicle is received from the speedometer (not shown) provided at the head of the train. Therefore, using this, in equation (7), only the mass and track gradient of each vehicle become unknown information.
본 발명의 차량하중 추정부(20)의 추정부(22)는, 모델링부(21)가 모델링한 모델을 이용하여 각 차량의 질량 및 선로구배를 추정한다. 이를 도면을 참조로 설명한다.The estimating
도 6은 도 4의 추정부의 일실시예 상세 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추정부(22)는, 파라미터 추정부(61) 및 외란추정부(62)를 포함한다.6 is a detailed block diagram of an embodiment of the estimator of FIG. 4. As shown in the figure, the estimating
본 발명의 추정부(22)는 수학식7의 차량모델에 외란을 추가하여, 다음과 같이 표현한다. 이는 추정의 강인성을 향상하기 위함이다.The
수학식11의 외란항(η)은 시스템에 존재하는 외란으로 정의할 수 있으며, 모델링 오차 또는 센서잡음을 포함한다. 본 발명에서는, 외란으로 인한 추정성능의 저하를 막기 위해 외란을 추정한 후 이를 보상하는 외란추정부(62)를 도입한다. 또한, 파라미터 추정부(61)는 예를 들어 최소자승법(Recursive Least Square)을 이용하여 파라미터를 추정한다.The disturbance term (η) of Equation 11 may be defined as a disturbance existing in the system, and includes a modeling error or sensor noise. In the present invention, in order to prevent the degradation of the estimation performance due to the disturbance, the
외란추정부(62)는 시스템에 외란이 존재하는 경우 시스템의 동역학적 모델과 시스템의 측정값에 기반하여 외란을 추정하고, 그 추정치를 이용하여 이를 보상하는 외란관측기(disturbance observer)를 포함하며, 시스템에 모델링 오차 혹은 외란이 존재하는 경우, 파라미터 추정부(61)가 수행하는 최소자승법에 의한 파라미터 추정시 외란의 영향을 최소화하여 파라미터 추정에 있어서의 강인성을 향상한다.The
외란추정부(62)에 의해 외란이 추정되는 경우, 파라미터 추정부(61)의 최소자승법에 의한 파라미터의 추정은 Q-필터를 포함하며, 다음과 같이 정리된다.When the disturbance is estimated by the
여기서, 및 는 파라미터 추정부(61)에 의해 추정된 벡터형식의 파라미터 및 외란추정부(62)에 의해 추정된 외란이다. 또한, 로 정의된다. 그리고, 는 저주파대역 통과필터(Low Pass Filter)의 특성을 가지는 Q-필터이며, 외란의 특성, 샘플링 시간 등 특성을 고려하여 설계할 수 있다.here, And Are the parameters of the vector format estimated by the
즉, 파라미터 추정부(61)에 의해 추정된 벡터형식의 파라미터는 다음과 같이 표현될 수 있다.That is, the vector format parameter estimated by the
여기서, , , …, , 은 각 차량의 추정질량이고, 는 추정된 선로구배(경사각)이다. 따라서, 각 차량의 추정질량과 추정된 선로구배는 다음과 같이 계산할 수 있다.here, , , ... , , Is the estimated mass of each vehicle, Is the estimated line slope. Therefore, the estimated mass and estimated track gradient of each vehicle can be calculated as follows.
도 4에서, 저장부(23)는 추정부(22)가 추정한 각 차량의 질량과 선로구배를 저장한다. 저장부(23)는 각 역을 출발하면서 추정한 각 차량의 질량과 선로구배를 데이터베이스화하여 저장할 수 있는데, 예를 들어, 각 역에서의 질량과 선로구배를 구분하여 저장할 수 있다.In FIG. 4, the
본 발명에서는, 파라미터 추정부(61)의 파라미터의 추정기법으로써, 외란을 추정하고 이를 보상하는 최소자승법을 이용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 외란의 추정없이, 최소자승법을 이용하여 파라미터를 추정하는 것도 가능하다. 또한, 최소자승법에 한정되지 않고, 다른 파라미터 추정기법을 사용할 수도 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.
In the present invention, as a method of estimating the parameter of the
이와 같이, 차량하중 추정부(20)에 의해 추정된 차량하중(추정 차량하중)은 고장검지부(30)에 제공된다. 고장검지부(30)는 추정 차량하중 외에, 압력센서(10)로부터 공기스프링 압력을 수신한다. 도 3을 참조로 하여, 고장검지부(30)의 상세 동작을 설명하기로 한다.In this way, the vehicle load (estimated vehicle load) estimated by the vehicle
압력-하중 변환부(31)는 압력센서(10)가 검출한 공기스프링 압력을 해당 하중(측정 차량하중)으로 변환한다.The pressure-
레지듀얼 생성부(32)는 차량하중 추정부(20)가 추정한 차량하중과 압력-하중 변환부(31)가 변환한 측정 차량하중을 수신하여, 각 차량에서의 응하중 장치의 고장검지를 위한 압력센서(10)의 고장을 측정 차량하중과 추정 차량하중의 함수로 다음의 수학식18과 같이 정의한다.The
여기서, i는 1부터 n 중 어느 하나의 수이고, 는 i번째 차량의 측정 차량하중이고, 는 i번째 차량의 추정 차량하중이다. 는 i번째 차량에서 응하중 고장을 검지하기 위한 센서고장신호(sensor fault)이다. 따라서, 레지듀얼 생성부(32)는 센서의 고장을 판단하기 위한 레지듀얼을 다음과 같이 계산할 수 있다.Where i is any number from 1 to n, Is the measured vehicle load of the i vehicle Is the estimated vehicle load of the i-th vehicle. Is a sensor fault signal for detecting a load fault in the i-th vehicle. Accordingly, the
여기서, 는 i번째 차량의 응하중 장치의 고장검지를 위한 레지듀얼이며, 센서고장신호에 대한 절대치로 정의한다. 수학식 19에서 보이는 것처럼, 레지듀얼은 추정하중과 차량하중의 비에 의해 결정된다. 즉, 추정 차량하중과 측정 차량하중의 함수로 표현된 레지듀얼을 근거로 압력센서의 고장을 판단할 수 있다. 이와 같이 정의된 레지듀얼을 이용하여, 고장결정부(33)가 압력센서(10)의 고장판단을 수행한다.here, Is the residual for fault detection of the load device of the i-th vehicle and is defined as the absolute value of the sensor failure signal. As shown in Equation 19, the residual is determined by the ratio of the estimated load and the vehicle load. That is, the failure of the pressure sensor can be determined based on the residual expressed as a function of the estimated vehicle load and the measured vehicle load. Using the residual defined as described above, the
즉 고장결정부(33)는 레지듀얼 생성부(32)가 생성한 레지듀얼이 소정의 설정값 이하이면 정상으로 판단하고, 설정값 이상이면 압력센서(10)의 고장으로 판단한다.That is, the
즉, 이면 응하중 장치(압력센서)가 정상인 것으로 결정하며, 그 외의 경우()에는 응하중 장치가 고장인 것으로 결정한다. 이때, δ는 고장을 판단하기 위해 사용자가 미리 설정하는 설정값(threshold)이며, 차량하중 추정부(20)의 추정 차량하중의 수렴범위 및 응하중 장치의 센서신호의 특성 및 차량의 특성에 의해 미리 결정될 수 있다.In other words, If it is, the load device (pressure sensor) is determined to be normal, otherwise ( ) Determines that the load device is faulty. In this case, δ is a predetermined threshold set by the user in order to determine a failure, and is determined by the convergence range of the estimated vehicle load of the
응하중 선택부(34)는 고장결정부(33)가 압력센서(10)의 고장유무를 결정한 것에 따라, 측정 차량하중과 추정 차량하중 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. 종래의 응하중 장치에서는, 압력센서에 고장이 발생한 경우, 공차한계와 만차한계를 보장하는 방식으로 대처하였으나, 이러한 방식은 제동장치에 차량의 실제 하중과는 다른 값을 공급하므로, 제동성능을 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 압력센서로부터 측정된 값이 공차한계와 만차한계 사이에 있다고 하여도 측정시 발생할 수 있는 바이어스 오차는 실제 하중과 다른 하중을 출력하기 때문에 성능저하를 야기하는 문제점이 있었다.The
따라서, 본 발명의 응하중 장치에서는, 고장결정부(33)의 결정을 기반으로, 추정 차량하중과 측정 차량하중 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. Therefore, in the load device of the present invention, one of the estimated vehicle load and the measured vehicle load is selected and output based on the determination of the
구체적으로, 고장결정부(33)가 압력센서(10)의 고장이 없는 것으로 결정한 경우에는, 응하중 선택부(34)는 측정 차량하중을 선택하여 출력하고, 고장결정부(33)가 압력센서(10)의 고장이 있는 것으로 결정한 경우에는, 응하중 선택부(34)는 추정 차량하중을 선택하여 출력한다.Specifically, when the
또한, 고장결정부(33)는 고장이 결정된 경우에는 응하중 선택부(34)에 이를 알리는 동시에, 사용자에게 응하중 장치에 고장이 발생하였음을 알릴 수 있다. 이를 위하여, 표시부(도시되지 않음)를 더 포함할 수도 있다. 또는, 고장결정부(33)는 네트워크를 통해 서버로 고장이 발생하였음을 알리는 신호를 전송할 수도 있다. 이에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 바와 같으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, when a failure is determined, the
하중-압력 변환부(35)는 응하중 선택부(34)가 선택한 차량하중을 압력신호로 변환하여 출력한다. 이는 제동 작용장치로 제공되는 것임은 이미 설명한 바와 같다.
The load-
본 발명은 차량하중에 따라 변화하는 공기스프링의 압력변화로부터 차량하중을 측정하는 응하중 장치의 고장검지에 관한 것이다. 본 발명의 응하중 장치는, 측정 차량하중과 차량의 동역학적 모델을 기반으로 추정된 추정 차량하중을 이용하여 응하중 장치의 고장을 검지한다.The present invention relates to the failure detection of the load device for measuring the vehicle load from the pressure change of the air spring that changes with the vehicle load. The load device of the present invention detects a failure of the load device by using the estimated vehicle load estimated based on the measured vehicle load and the dynamic model of the vehicle.
본 발명에 의하면, 각 차량에 장착되어 있는 응하중 장치의 고장을 검지할 수 있으므로, 상용 제동장치에서의 소요제동력 계산시 응하중 장치의 고장으로 인해 야기될 수 있는 오류를 방지할 수 있다. 이로 인해, 소요제동력의 과다 혹은 부족현상을 사전에 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to detect a failure of the load device mounted on each vehicle, thereby preventing an error that may be caused by the failure of the load device when calculating the required braking force in a commercial braking device. As a result, excessive or insufficient braking force can be prevented in advance.
또한, 본 발명에 의하면, 각 차량에 장착되는 응하중 장치의 고장을 보다 정교하게 실시간으로 검지할 수 있으므로, 응하중 장치가 완전히 고장나기 이전에 응하중 장치의 이상현상을 미리 감지할 수 있다.Further, according to the present invention, since the failure of the load device mounted on each vehicle can be detected more precisely in real time, the abnormal phenomenon of the load device can be detected in advance before the load device completely fails.
또한, 본 발명은 응하중 장치의 고장시, 만차한계 또는 공차한계를 출력하는 대신 추정된 차량하중을 출력하여, 차량장치가 적합한 제동력을 생성할 수 있게 한다. 이에 의해, 적절한 제동력이 공급되므로, 승객이 느끼는 승차감을 개선할 수 있다.
In addition, the present invention outputs the estimated vehicle load instead of outputting the full load limit or tolerance limit in case of failure of the load device, allowing the vehicle device to generate a suitable braking force. As a result, an appropriate braking force is supplied, so that the riding comfort felt by the passenger can be improved.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10: 압력센서 20: 차량하중 추정부
21: 모델링부 22: 추정부
23: 저장부 30: 고장검지부
31: 압력-하중 변환부 32: 레지듀얼 생성부
33: 고장결정부 34: 응하중 선택부
35: 하중-압력 변환부 61: 파라미터 추정부
62: 외란추정부10: pressure sensor 20: vehicle load estimation unit
21: modeling unit 22: estimating unit
23: storage unit 30: fault detection unit
31: pressure-load converter 32: residual generator
33: failure determination section 34: load selection section
35: load-pressure converter 61: parameter estimation unit
62: Disturbance
Claims (12)
차량하중에 따른 공기스프링 압력을 검출하는 압력센서;
상기 철도차량의 속도, 상기 복수의 차량 각각의 가속도 및 상기 복수의 차량 각각의 추진력을 수신하여, 복수의 차량에 대한 각각의 차량하중을 추정하여 추정 차량하중을 출력하는 제1추정부;
상기 공기스프링 압력과 상기 추정 차량하중을 수신하여, 상기 압력센서의 고장에 의한 응하중 장치의 고장을 검지하여, 차량하중을 출력하는 검지부; 및
상기 검지부로부터 수신한 차량하중을 응하중 신호로 변환하는 제1변환부를 포함하는 응하중 장치.
In the load device of a railway vehicle including a plurality of vehicles,
A pressure sensor for detecting an air spring pressure according to the vehicle load;
A first estimating unit configured to receive the speed of the railway vehicle, the acceleration of each of the plurality of vehicles, and the driving force of each of the plurality of vehicles, estimate each vehicle load for the plurality of vehicles, and output an estimated vehicle load;
A detection unit for receiving the air spring pressure and the estimated vehicle load, detecting a failure of the load device caused by the failure of the pressure sensor, and outputting a vehicle load; And
And a first converter configured to convert the vehicle load received from the detector into a load signal.
상기 철도차량의 속도, 상기 복수의 차량 각각의 가속도 및 상기 복수의 차량 각각의 추진력을 수신하여, 상기 철도차량을 동역학적으로 모델링하는 모델링부; 및
상기 모델링부가 모델링한 동역학적 모델링을 이용하여 상기 복수의 차량의 차량하중을 추정하는 제2추정부를 포함하는 응하중 장치.
The method of claim 1, wherein the first estimation unit,
A modeling unit that receives the speed of the railroad vehicle, the acceleration of each of the plurality of vehicles, and the driving force of each of the plurality of vehicles, and dynamically model the railroad vehicle; And
And a second estimating unit for estimating vehicle loads of the plurality of vehicles by using dynamic modeling modeled by the modeling unit.
상기 복수의 차량의 질량과 각 차량의 가속도의 곱의 합이, 각 차량의 추진력에서 각 차량의 구배저항, 각 차량의 주행저항 및 각 차량의 곡선저항을 감한 것이 되도록 모델링하는 응하중 장치.
The method of claim 2, wherein the modeling unit,
And a sum of the product of the masses of the plurality of vehicles and the acceleration of each vehicle is modeled such that the gradient resistance of each vehicle, the running resistance of each vehicle, and the curve resistance of each vehicle are subtracted from the propulsion force of each vehicle.
상기 철도차량이 직진구간을 주행하는 것으로 상기 철도차량을 모델링하는 응하중 장치.
The method of claim 3, wherein the modeling unit,
A load device for modeling the railway vehicle by traveling in the straight section of the railway vehicle.
상기 주행저항의 마찰저항계수 및 공기저항계수를 상수로 하여 모델링하는 응하중 장치.
The method of claim 3, wherein the modeling unit,
A load device for modeling the frictional resistance coefficient and the air resistance coefficient of the running resistance as constants.
상기 복수의 차량이 동일한 선로구배를 가지는 것으로 모델링하는 응하중 장치.
The method of claim 3, wherein the modeling unit,
A load device for modeling the plurality of vehicles as having the same track slope.
The apparatus of claim 3, wherein the modeling unit organizes the dynamic modeling into a regression form, and the estimating unit estimates the vehicle loads of the plurality of vehicles using a least square method from a model arranged by the modeling unit in a regression form. Load device.
The plurality of vehicles of claim 2, wherein the modeling unit organizes the dynamic modeling in a regression form, and the estimating unit uses a least square method for estimating and correcting disturbances from a model organized by the modeling unit in a regression form. A load device for estimating the vehicle load of a car.
상기 공기스프링 압력을 측정하여 이를 차량하중(측정 차량하중)으로 변환하는 제2변환부;
상기 측정 차량하중과 상기 추정 차량하중으로부터, 상기 압력센서 또는 응하중 장치의 고장을 판단하기 위한 레지듀얼을 생성하는 생성부;
상기 레지듀얼이 소정값 이하인 경우, 상기 압력센서 또는 응하중 장치의 고장을 결정하는 결정부;
상기 결정부의 결정에 의해, 상기 측정 차량하중과 상기 추정 차량하중 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부; 및
상기 선택부가 선택한 차량하중을 압력신호로 변환하여 출력하는 제3변환부를 포함하는 응하중 장치.
The method of claim 1, wherein the detection unit,
A second converting unit measuring the air spring pressure and converting the air spring pressure into a vehicle load (measured vehicle load);
A generation unit for generating a residual for determining a failure of the pressure sensor or the load device from the measured vehicle load and the estimated vehicle load;
A determination unit for determining a failure of the pressure sensor or the load device when the residual is less than a predetermined value;
A selection unit for selecting and outputting any one of the measured vehicle load and the estimated vehicle load by the determination unit; And
And a third converting unit converting the vehicle load selected by the selecting unit into a pressure signal and outputting the converted pressure signal.
The load device according to claim 9, wherein the residual generated by the generator is an absolute value of a sensor failure signal of the pressure sensor and is defined as a function of a measured vehicle load and an estimated vehicle load.
상기 결정부가 상기 압력센서 또는 응하중 장치의 고장을 결정한 경우에는, 상기 추정 차량하중을 선택하여 출력하는 응하중 장치.
The method of claim 9, wherein the selection unit,
And the determining unit selects and outputs the estimated vehicle load when the determining unit determines a failure of the pressure sensor or the load device.
상기 결정부가 상기 압력센서 또는 응하중 장치가 정상으로 결정한 경우에는, 상기 측정 차량하중을 선택하여 출력하는 응하중 장치.The method of claim 9, wherein the selection unit,
And the determining unit selects and outputs the measured vehicle load when the pressure sensor or the load applying device is determined to be normal.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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